骨質(zhì)疏松癥患者強化內(nèi)固定穩(wěn)定的研究進展

經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)在脊椎外科領(lǐng)域應(yīng)用逐步廣泛，傳統(tǒng)上對于骨質(zhì)疏松癥患者的治療采用普通的內(nèi)固定方法，缺少針對性的處理措施，由于骨質(zhì)疏松患者骨骼變脆弱，錨著力和骨的支撐力不夠堅固，術(shù)后承載過大的負荷，內(nèi)固定-骨界面間的彈性模量較大，造成微骨折和內(nèi)固定松動、拔出，導(dǎo)致內(nèi)固定失敗，假關(guān)節(jié)形成[1] ；影響椎弓根釘把持力的因素主要有螺釘?shù)闹睆?、長度[2]，螺紋結(jié)構(gòu)[3]、置釘位置[4]、椎體骨密度以及術(shù)后承載負荷等，其決定因素是釘-骨界面的強度。對于骨質(zhì)疏松癥患者，如何提高釘-骨界面強度己成為骨科臨床醫(yī)生所面臨的主要難題之一，針對這一項的研究，總結(jié)國內(nèi)外的最新報道做一綜述。

1手術(shù)過程中采用的辦法和技巧

術(shù)前常規(guī)骨密度、X線檢查，顯示有明顯骨量減少，術(shù)中會采用適當(dāng)?shù)拇胧┘訌妰?nèi)固定的穩(wěn)定性，避免內(nèi)固定松動；例如可增加椎弓根螺釘?shù)拈L度和直徑，或者調(diào)整椎弓根螺釘在椎弓根內(nèi)位置，這些措施能在一定程度上增加椎弓根螺釘?shù)募纯谭€(wěn)定性，由于椎弓根本身解剖結(jié)構(gòu)的限制，其強化椎弓根螺釘穩(wěn)定性的效果有限。Brantley等[5]研究指出，在一定范圍內(nèi)，椎弓根螺釘直徑越大，把持力越強，受椎弓根自身解剖特點的限制，螺釘直徑最大不應(yīng)超過椎弓根橫截面積80%，否則，椎弓根爆裂骨折的風(fēng)險將增大。Weinstein等[6]研究發(fā)現(xiàn)隨著椎弓根螺釘長度的增加，螺釘內(nèi)固定的穩(wěn)定性越好，椎弓根螺釘?shù)拈L度至椎體前方骨皮質(zhì)但未穿透時，固定強度增加17%，穿透椎體前方骨皮質(zhì)1到2個螺紋，固定強度可增加22%～26%，但穿透椎體前緣皮質(zhì)后損傷椎體前方的血管的機率將大幅度增加，尤其在胸椎應(yīng)避免選擇過長的螺釘。王正等[7]比較了長度45 mm的螺釘與35 mm的螺釘抗拔出性能及抗側(cè)方壓力性能，結(jié)果表明，45 mm的螺釘比35 mm的螺釘最大軸向拔出力增加了11%，抗側(cè)方壓力增加了16%。在置釘過程中，螺釘?shù)闹踩虢嵌炔煌?，穩(wěn)定性也有所差異。螺釘與矢狀面成角植入同平行植入相比較，前者的最大拔出力較后者增加20%，拔出位移減少7%，能量吸收值增加了18%。相反，Sterba等[8]通過試驗測量并比較與椎體矢狀面成不同角度植入的螺釘?shù)姆€(wěn)定性，研究結(jié)果表明，在周期載荷試驗中，螺釘植入方向與椎體矢狀面平行時，產(chǎn)生的位移最小，與矢狀面平行置釘?shù)姆€(wěn)定性優(yōu)于成角度置釘。Barber等[9]和Cook等[10]測試并評價了螺釘植入角度與軸向拔出力之間的關(guān)系，結(jié)果表明，螺釘與矢狀面成一定的角度，最大軸向把持力明顯提高。一定范圍內(nèi)向上、下傾斜靠近椎體的終板，能夠提高把持力，并且可降低螺釘承受的彎曲剪力。Suzuki等[11]認為，腰椎內(nèi)固定系統(tǒng)加用橫聯(lián)可提高最大軸向拔出力，此方法僅適用于骨密度（Bone mineral density BMD）>90ms/cm2的椎體。嚴重骨質(zhì)疏松時，使用橫聯(lián)效果不明顯，證實橫聯(lián)在重度骨質(zhì)疏松椎體上強化穩(wěn)定作用有待進一步實驗證實。

2 改善釘-骨界面強度

釘?shù)乐車琴|(zhì)疏松時，在釘?shù)纼?nèi)添加自體骨、異體骨碎塊或其他骨替代物來增強螺釘?shù)乃矔r穩(wěn)定性，由于螺釘?shù)幕顒樱补侨菀妆晃?，遠期強化效果不滿意。聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA），釘?shù)纼?nèi)填充PMMA，椎弓根螺釘?shù)目拱纬隽涂骨鼜姸饶茱@著提高，增強OP條件下椎弓根螺釘內(nèi)固定的穩(wěn)定性，是目前臨床上常用的固化材料之一[12，13]。PMMA在應(yīng)用過程中也存在一些缺陷：① 、PMMA硬度遠遠高于骨質(zhì)硬度，和周圍骨質(zhì)力學(xué)性能的不匹配，臨界部位的微骨折風(fēng)險機率增加，遠期效果不理想；②、PMMA不能降解，無骨誘導(dǎo)活性，不能被新生骨替代，體內(nèi)長期置留產(chǎn)生毒性反應(yīng)和致癌作用；③、PMMA與骨組織間有一層結(jié)締組織膜，形成二次界面，長期負荷下造成螺釘?shù)乃蓜雍鸵莆?；④、PMMA在固化時發(fā)熱反應(yīng)，容易損傷周圍組織，如脊髓、神經(jīng)、大血管等風(fēng)險[14～16]，漏至骨折部位可導(dǎo)致骨折不愈合；因此PMMA在臨床應(yīng)用受到一定程度限制。

為了避免上述風(fēng)險，近年來人們越累越多的關(guān)注新型可注射生物型骨水泥，它的強度與骨質(zhì)的強度接近，且具有良好的生物相容性、凝固時無發(fā)熱反應(yīng)；具有PMMA所沒有的骨生物活性，能隨著新骨長入逐漸被吸收替代，其中以磷酸鈣骨水泥和硫酸鈣水泥的應(yīng)用較為普遍。生物型骨水泥強化效果較PMMA差，理化性能不穩(wěn)定、固化時間長，延長手術(shù)時間，給臨床操作帶來不便。另外，生物骨水泥遠期穩(wěn)定尚不確切，亦需進一步研究論證。

3 改進螺釘設(shè)計

Hsu等[17]研究表明，主體錐形螺釘?shù)淖畲筝S向拔出力比柱形螺釘?shù)母?。譚映軍等[18]比較了外錐形椎弓根螺釘和內(nèi)錐形椎弓根螺釘?shù)淖畲蟀纬隽ΓY(jié)果表明外錐形螺釘?shù)淖畲蟀纬隽^內(nèi)錐形螺釘高。McKoy等[19]設(shè)計了帶側(cè)孔的套管螺釘，經(jīng)PMMA強化后其拔出力比標(biāo)準(zhǔn)螺釘?shù)陌纬隽υ黾恿?78%。Herbert等[20]提出了雙螺紋螺釘?shù)母拍?。Mummaneni等[21]在尸體腰椎進行相關(guān)的生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，與單螺紋螺釘相比，其最大軸向拔出力提高不明顯，僅旋入扭矩比普通單螺紋螺釘略有提高。通過在螺釘上添加螺紋來提高螺釘穩(wěn)定性并不可行。楊述華等[22]設(shè)計了空心側(cè)孔螺釘，并進行相關(guān)力學(xué)試驗，結(jié)果表明，在最大抗折彎力、彈性模量和能量吸收值等強度指標(biāo)無明顯下降的情況下，沿空心側(cè)孔螺釘?shù)闹锌詹糠肿⑷隤MMA，最大拔出力比普通螺釘顯著提高；抗屈試驗中，添加PMMA可使空心側(cè)孔螺釘在同等負荷范圍內(nèi)僅產(chǎn)生較小的位移，并能減少PMMA溢出的風(fēng)險。此方法強化效果顯著，PMMA外溢風(fēng)險降低，釘內(nèi)和釘?shù)纼?nèi)PMMA緊密相連，從釘內(nèi)到釘外嚴密包裹，導(dǎo)致取釘困難。Fini等[24]Sanden等[25]、和Hasegawa等[25]設(shè)計了帶有羥基磷灰石涂層的椎弓根螺釘，羥基磷灰石涂層能誘導(dǎo)骨長入，可有效地提高螺釘?shù)陌殉至Γ葆數(shù)男肱ぞ睾桶纬隽Χ济黠@增加。王祥善等[26，27]、分別設(shè)計了膨脹式椎弓根螺釘（expandable pedicle screw，EPS），行了相關(guān)力學(xué)實驗，結(jié)果表明，其最大軸向拔出力明顯高于常規(guī)椎弓根螺釘；EPS的特點是在不增加椎弓根處螺釘直徑的情況下，使椎體內(nèi)的螺釘膨脹，螺釘前端膨脹與周圍骨質(zhì)間相互擠壓，并增大螺釘與骨質(zhì)的接觸面積，提高螺釘?shù)姆€(wěn)定性，開創(chuàng)了增強內(nèi)固定穩(wěn)定的一種新思維。吳子祥等[28]在新鮮小牛椎體上，進行相關(guān)生物力學(xué)研究。證實EPS具有較好的固定可靠性，在椎體內(nèi)EPS膨脹的爪與界面的骨質(zhì)形成了釘-骨絞鎖固定的模式，同時EPS膨脹段對周圍骨質(zhì)的擠壓共同提高了螺釘?shù)姆€(wěn)定性。EPS無論是\"兩爪\"還是\"四爪式\"結(jié)構(gòu)都存在術(shù)后取釘困難，容易出現(xiàn)螺釘外鞘的折斷，尤其是在螺釘開始膨脹的部位，這與EPS在膨脹部位螺釘?shù)膽?yīng)力開始減弱有關(guān)。

綜上所述，在骨質(zhì)疏松條件下，既能有效降低手術(shù)并發(fā)癥，減少不必要的損傷，又能達到理想的長期穩(wěn)定性，是需要我們進一步研究解決的問題。隨著生物材料的不斷研發(fā)，新型生物材料在強化椎弓根動態(tài)穩(wěn)定性將會有廣闊的前景。

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編輯/王海靜